论文荐读

一种兼具腈水合酶活性与硫氰酸水解酶活性的新型腈类降解酶

作者：

吴桐，程中一，周哲敏*

单位：

江南大学 生物工程学院

基金项目：

国家自然科学基金项目（32101014）

摘要&关键词

摘要：硫氰酸水解酶(SCNase)是一种主要来自于硫杆菌属的含钴酶，能够催化焦化废水中的主要成分硫氰酸盐降解。它由3个亚基组成，其活性中心存在两个翻译后修饰氧化的半胱氨酸，并且和钴离子形成独特的爪型配位结构。硫氰酸水解酶在序列和机构上都与钴型腈水合酶有很高的相似性，但他们活性并不互通。通过在公共序列库里搜寻，我们发现了一种来自玫瑰单胞菌Roseomonas stagni的新基因型的硫氰酸水解酶。在该研究中，我们表达、纯化并且对这个硫氰酸水解酶（Rose.s SCNase）进行了表征。有趣的是，Rose.s SCNase不但对硫氰酸钾有催化活性，也对腈类底物具有催化活性，这是迄今为止发现的第一个活性互通的天然腈类降解酶。Rose.s SCNase在最适pH和温度下对烟腈的比酶活为（17.8±1.3）U/mg，对丙烯腈的比酶活为（30.6±1.9）U/mg，对硫氰酸钾的比酶活为（13.5±0.9）U/mg。结构比对结果显示，位于Rose.s SCNase底物结合口袋顶部氨基酸的不同可能是其存在活性互通的原因。Rose.s SCNase可能对我们研究含氰基底物降解方面有巨大的帮助。

关键词：腈水合酶；硫氰酸水解酶；酶活力

主要结论

本文挖掘并成功优化了Rose. s SCNase 的异源表达,通过硫酸铵沉淀、阴离子交换和凝胶柱过滤的方法实现了其纯化。与传统的腈水合酶不同的是Rose. s SCNase 对腈类底物和硫氰酸钾均具有催化活性。Rose. s SCNase 在最适条件下对烟腈的比酶活为(17.8±1.3) U/mg,对丙烯腈的比酶活为(30.6±1.9) U/mg,对硫氰酸钾的比酶活为(13.5±0.9) U/mg。比对Rose. s SCNase、Pt-NHase 和 Th-SCnase的底物结合口袋的氨基酸,发现活性金属顶部的氨基酸有差异，这可能控制了酶的选择性。

a-不同底物的最适温度;b-不同底物的最适 pH

图 1 Rose. s SCNase 的酶学性质

Fig. 1 Enzymatic properties of Rose. s SCNase

表 1 Rose. s NHase 最适条件下的活性

Table 1 activity of Rose. s NHase under optimum conditions

图 2 Rose. s NHase 模拟结构图

Fig. 2 Model diagram of Rose. s NHase

图 3 Rose. s SCNase 底物结合口袋比对图

Fig. 3 Comparison of substrate binding pocket of Rose. s SCNase

注:绿色为 Rose. s SCNase,青色为 Pt-NHase,紫色为 Th-SCNase,黄色代表关键位置上精氨酸 Arg,橙色代表关键位置上的色氨酸 Trp,紫色球代表活性中心的 Co。

团队介绍

江南大学酶学与酶工程团队由周哲敏教授领衔，团队面向酶的设计与分子改造，提高酶的催化性能，解析酶的构效关系和催化机理。同时构建基因工程菌株，实现多种工业、医药用酶的高效制备。

该团队现有教师7人，博士生7人，硕士生20余人。发表SCI收录论文100余篇；申请发明专利80余项，其中授权34项；参编教材专著2部；主持包括国家重点研发计划、国家自然基金、863重大项目课题等在内的国家及省部级科研项目10余项。获得中国轻工业联合会科技进步二等奖等在内的行业协会奖励4项。团队导师分别获选江苏省“博士聚集计划”人才；中国轻工业联合会科学技术进步奖二等奖；中国石油和化学工业联合会技术发明奖二等奖；指导学生获得全国大学生生命科学创新创业大赛二等奖、全国大学生生命科学竞赛三等奖等，全国生命科学竞赛（科学探究类）国家一等奖、江苏省一等奖，第二届全国大学生生命科学创新创业大赛二等奖以及江苏省优秀本科毕业论文等奖项。团队培养优秀研究生100余名，4名研究生获得国家奖学金。毕业生一部分进入浙江大学、上海交通大学、加州大学戴维斯分校深造。就业的学生也在各行业做出应有贡献。

通信作者

周哲敏，博士生导师，日本筑波大学博士。长期从事发酵工程、酶催化转化等领域的研究。获教育部新世纪优秀人才、江苏省“双创人才”、“333”高层次人才、“六大人才高峰”人才、无锡市有突出贡献中青年专家等荣誉称号；受聘为中国生化学会工业分会理事、教育部高等教学指导委员会委员等。

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